钠离子电池用多羰基聚合物/石墨烯复合正极材料的构筑及性能调控研究

The research and development of high performance sodium-ion batteries (SIBs) is effective way to solve renewable energy storage and short range of electric vehicles. Thus there is a general consensus that the breakthrough in performance of SIBs necessarily requires the design and preparation of high-performance,low-cost and environment friendly electrode materials for SIBs. This project will aim at the design and preparation of multi-carbonyl-based polymers/graphene composites as cathode materials for SIBs due to the abundance and low-cost of sodium resource and the high theoretical specific capacity, environment friendly properties,safety of organic compounds. In response, one very promising strategy is to construct polymer materials to restrain the unwanted dissolution in the electrolyte and improve cycling stability. In additon, the incorporation of graphene could improve the conductivity and enhance the rate performance. Based on the obtained experimental results, we will further clarify the reaction mechanism as well as the structure-properties relationship. Our project explore a new avenue to design and construct high-performance and low-cost SIBs cathode, which may provide a scientific basis for improving the electrochemical performance of SIBs.

高性能储能用钠离子电池的研究和开发是解决可再生能源存储和电动汽车续航里程短等问题的有效途径。因此，设计和制备具备高效储能、低成本、对环境友好的钠离子电池对突破其发展和应用瓶颈具有重要的科学意义和实用价值。本项目针对钠元素含量丰富和成本低廉的优点和有机物理论比容量高、原料丰富、环境友好、结构可设计性强、体系安全的优点，开发、设计和制备钠离子电池用多羰基聚合物/石墨烯复合正极材料。通过聚合来抑制溶解进而提高循环稳定性，通过引入导电基体-石墨烯来改善导电性；探讨聚合物的结构、聚合物与石墨烯的协同机制、揭示结构与电池性能之间的关系，为促进新一代长寿命、高能量密度、高功率密度钠离子电池用有机正极材料的开发和应用提供科学依据。

高性能储能用钠离子电池的研究和开发是解决可再生能源存储和电动汽车续航里程短等问题的有效途径。因此，设计和制备具备高效储能、低成本、对环境友好的钠离子电池对突破其发展和应用瓶颈具有重要的科学意义和实用价值。本项目针对钠元素含量丰富、成本低廉的优点和有机物理论比容量高、原料丰富、环境友好、结构可设计性强、体系安全的优点，开发和制备钠离子电池用多羰基化合物复合电极材料。主要通过聚合和引入钠盐来抑制多羰基化合物的溶解进而提高其循环稳定性；通过引入导电基体（石墨烯或碳纳米管）来改善导电性进而提高倍率性能；探讨多羰基化合物的结构、多羰基化合物与导电基体的协同机制、揭示结构与电池性能之间的构效关系。证实了具有多羰基和共轭芳香结构的化合物在钠离子电池中应用的优越性；通过与氧化石墨烯形成凝胶的方式可以有效地提高有机化合物的导电性，从而提高其作为钠离子电池电极的电化学性能；可以利用有机聚合物的结构可调性实现对其作为钠离子电池电极所展现出的理论容量、氧化还原电位和循环稳定性的可调性；可以通过与导电基质之间形成自支撑柔性电极实现其在柔性电子设备中的应用；并且可以利用有机聚合物具有结构可设计性强且其分子骨架包含多种类杂原子的特点制备多异质元素掺杂的石墨烯复合材料。本项目取得的研究成果为促进新一代长寿命、高能量密度、高功率密度钠离子电池用有机正极材料的开发和应用提供科学依据。本项目的研究成果成功发表在Advanced Materials, Energy & Environmental Science, Journal of Materials Chemistry A, Carbon, Chemical Engineering Journal, Electrochimica Acta等国际知名杂志上，相关成果共计发表SCI论文13篇。申请国家发明专利3项，其中授权1项。